DE102005054670A1

DE102005054670A1 - Optical coupler for over coupling of arbitrarily adjustable performance fraction, has first wave guide which is separated by means of multi mode interference performance fraction in two part wave guide with equal performance fraction

Info

Publication number: DE102005054670A1
Application number: DE200510054670
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: DE102005054670B4

Abstract

Optical coupler has a first wave guide (WG1) which is separated by means of multi mode interference performance fraction (1) in two wave guide part (WG1.1,WG1.2) with equal performance fraction. The both wave guide part are arranged at a certain distance with a defined distance (f) parallel to each other. The second wave guide (WG2) is arranged at a distance (LK) with a distance (g), parallel and symmetrical to both wave guide part. The symmetrical over coupling of the two wave guide part takes place on the second wave guide whereby the level of the coupling is adjustable by the length of the distance.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Koppler zum teilweisen (oder vollständigen) Überkoppeln eines in den lichtwellenleitenden Kern eines Lichtwellenleiters eingestrahlten Lichts auf den lichtwellenleitenden Kern eines zweiten Lichtwellenleiters mit abstimmbarem Teilungsverhältnis.The The invention relates to an optical coupler for the partial (or complete) overcoupling a irradiated in the optical waveguide core of an optical waveguide Light on the optical waveguide core of a second optical waveguide with a tunable division ratio.

Bei der Anwendung von Lichtwellenleitern, z. B. in der optischen Nachrichtentechnik werden Vorrichtungen benötigt, um ein in eine Lichtleitfaser eingekoppeltes Licht teilweise oder ganz auf eine andere Faser überzukoppeln. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass die Lichtleitfasern längs einer gewissen Strecke, der Koppelstrecke, nebeneinander oder sich berührend (in unmittelbarer Nähe) verlegt werden. Es ist bekannt, dass bei der Überkopplung des Lichts von einer Lichtleitfaser in eine dazu parallel verlegte zweite Lichtleitfaser, bei zwei identischen Wellenleitern (gleiche Ausbreitungskonstanten) eine vollständige Überkopplung möglich ist, wenn die Koppelstrecke einem un- geradzahligen Vielfachen einer Koppellänge L_o entspricht. Diese Koppellänge L_o ist umso größer, je größer der Abstand zwischen den Kernen der beiden Lichtwellenleiter ist. Ist eine Koppelstrecke L < L_o vorgegeben, so sinkt die Kopplung exponentiell ab, wenn das Verhältnis des Abstandes der Wellenleiter zu der Eindringtiefe des elektrischen Feldes in das die Wellenleiter verbindende Medium zunimmt. Diese Eindringtiefe wiederum hängt von der Differenz der Brechungsindizes von Wellenleiter und umgebendem Medium ab und nimmt ab, je größer diese Differenz ist. Dies zeigt, dass zur Einhaltung einer bestimmten Kopplungskonstante eine Vielzahl von Größen innerhalb enger Toleranzen eingehalten werden müssen, was bei der Herstellung derartiger Koppler zu hohen technologischen Anforderungen führt.When using optical fibers, z. For example, in optical communications, devices are needed to partially or completely couple over a light coupled into an optical fiber to another fiber. This can be z. Example be done by the fact that the optical fibers along a certain distance, the coupling path, side by side or touching (in the immediate vicinity) are laid. It is known that in the case of the coupling of the light from an optical fiber into a second optical fiber laid parallel thereto, a complete overcoupling is possible with two identical waveguides (same propagation constants) if the coupling path corresponds to an odd-numbered multiple of a coupling length L _o . This coupling length L _o is greater, the greater the distance between the cores of the two optical fibers. If a coupling path L <L _{o is} given, the coupling decreases exponentially as the ratio of the distance of the waveguides to the penetration depth of the electric field into the medium connecting the waveguides increases. This penetration depth, in turn, depends on the difference in refractive indices of waveguide and surrounding medium and decreases as the difference increases. This shows that in order to maintain a certain coupling constant, a large number of variables must be maintained within narrow tolerances, which leads to high technological requirements in the production of such couplers.

Für einen typischen Rippenwellenleiter von quaternärem Material auf InP ergibt eine numerische Simulation, dass für eine Änderung in der Überkopplung um 1 dB der Abstand der Wellenleiter auf 5 % genau eingehalten werden muss. Bei den üblichen Abständen der Rippenwellenleiter von ca. 2 μm für Halbleitermaterial bedeutet dies eine Einhaltung der Toleranz von 0,1 μm. Das bedeutet, dass bei der Herstellung von Richtkopplern, die ein bestimmtes Teilungsverhältnis aufweisen müssen, derartig geringe Toleranzen realisiert werden müssen, die zu hohen Kosten führen.For one typical rib waveguide of quaternary material on InP results a numerical simulation that indicates a change in the overcoupling by 1 dB, the distance of the waveguide to 5% exactly got to. At the usual intervals of Rib waveguide of approx. 2 μm for semiconductor material this means compliance with the tolerance of 0.1 μm. That means, that in the production of directional couplers, which have a certain division ratio have to, Such low tolerances must be realized, which lead to high costs.

Um die Koppeleigenschaften abstimmbar zu machen, z. B. einen MMI-Koppler nachträglich gezielt zu beeinflussen, wird in der DE 103 58 629 A1 eine aktive steuerbare Modenbeeinflussungseinrichtung vorgeschlagen, die die optischen Eigenschaften in einem Teil des mehrmodigen Bereichs verändert, indem mit dieser eine Teilmenge der ausbreitungsfähigen Moden stärker beeinflussbar ist als die übrigen Moden des mehrmodigen Bereichs. Damit sollen Herstellungstoleranzen, die bei der Herstellung des mehrmodigen Bereichs, beispielsweise aufgrund von Breitenschwankungen des mehrmodigen Bereichs, auftreten, kompensiert werden.To make the coupling properties tunable, z. B. subsequently influence an MMI coupler, is in the DE 103 58 629 A1 proposed an active controllable mode influencing device, which changes the optical properties in a part of the multi-mode region by this a subset of the modes capable of propagation is more influenced than the other modes of the multi-mode region. This should compensate for manufacturing tolerances that occur in the production of the multimode region, for example due to width variations of the multimode region.

Die Aufgabe besteht darin, einen optischen Koppler zur Überkopplung beliebiger Leistungen von einem Wellenleiter in einen anderen Wellenleiter anzugeben, bei dem der Grad der Kopplung (die überzukoppelnde Leistung) gezielt einstellbar ist und die Abstände der Wellenleiter zueinander relativ große Toleranzen zulassen, so dass er einfach und kostengünstig herzustellen ist.The The object is an optical coupler for coupling any power from one waveguide to another waveguide specify the degree of coupling (the power to be coupled) targeted is adjustable and the distances allow the waveguide to each other relatively large tolerances, so that he is simple and inexpensive is to produce.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen optischen Koppler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, indem die im ersten Wellenleiter ankommende Leistung in einem Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler zu gleichen Teilen auf zwei Teilwellenleiter aufgeteilt wird. Beide Wellenleiter werden über eine bestimmte Strecke parallel zueinander in einem definierten Abstand zueinander geführt. Der zweite Wellenleiter, in den ein bestimmter Teil der Leistung eingekoppelt werden soll, wird mit gleichem Abstand und in unmittelbarer Nähe zu den beiden Teilwellenleitern angeordnet und über eine definierte Strecke, den symmetrisierten Koppelbereich, parallel zu diesen beiden Teilwellenleitern geführt, so dass eine symmetrische Überkopplung von Licht aus den beiden Teilwellenleitern auf den zweiten Wellenleiter erfolgt. Der zweite Wellenleiter braucht nicht mit dem Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler verbunden zu sein.The Task is achieved by an optical coupler having the features of patent claim 1 solved, by the power arriving in the first waveguide in a multimode interference (MMI) power splitter is divided equally to two sub-waveguides. Both Waveguides are over a certain distance parallel to each other in a defined Distance from each other. The second waveguide, in which a certain part of the power is to be coupled, is at the same distance and in the immediate Proximity to the arranged both partial waveguides and over a defined distance, the symmetrized coupling region, parallel to these two sub-waveguides, so that a symmetrical overcoupling of Light from the two partial waveguides on the second waveguide he follows. The second waveguide does not need the multimode interference (MMI) power divider to be connected.

Dabei kann der zweite Wellenleiter zwischen oder unter oder über den beiden Teilwellenleitern angeordnet sein. D. h. der erste Wellenleiter, der Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler und die beiden Teilwellenleiter sind in der gleichen Ebene angeordnet, während der zweite Wellenleiter in der gleichen oder aber in einer anderen, vertikal darüber bzw. darunter liegenden Ebene angeordnet ist. Bei dieser Anordnung der Wellenleiter in unterschiedlichen Ebenen können der erste Wellenleiter, der Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler und die beiden Teilwellenleiter in einem Material angeordnet sein, während der zweite Wellenleiter in einem anderen Material angeordnet sein kann.there the second waveguide can be placed between or under or over the be arranged two sub-waveguides. Ie. the first waveguide, the multimode interference (MMI) power splitter and the two Partial waveguides are arranged in the same plane, while the second waveguides in the same or in another, vertically above or underlying level is arranged. In this arrangement, the Waveguides in different planes can be the first waveguide, the multimode interference (MMI) power dividers and the two sub-waveguides in one material be arranged while the second waveguide may be arranged in a different material can.

Es ist aber auch möglich den ersten Wellenleiter, den Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler, die beiden Teilwellenleiter und den zweiten Wellenleiter in der gleichen Ebene anzuordnen und als planare Struktur auszuführen.It but it is also possible the first waveguide, the multimode interference (MMI) power divider, the two sub-waveguides and the second waveguide in the to arrange the same level and execute as a planar structure.

In allen Fällen kann auch anstelle eines MMI-Leistungsteilers ein Y-Verzweiger verwendet werden.In all cases For example, a Y-branch can also be used instead of an MMI power divider.

Die Überkopplung in den zweiten Wellenleiter erfolgt über die beiden Teilwellenleiter wie bei einem Richtkoppler. Das Maß an Überkopplung in den zweiten Wellenleiter wird bestimmt durch den Abstand zwischen dem zweiten Wellenleiter und dem ersten Teilwellenleiter bzw. dem zweiten Teilwellenleiter und der Strecke, für die alle drei Wellenleiter nahe beieinander sind, der Koppellänge. Die Bögen der beiden Teilwellenleiter bringen schließlich einen solchen Abstand zwischen die beiden Teilwellenleiter und gegenüber dem zweiten Wellenleiter, dass keine weitere Kopplung mehr erfolgt.The overcoupling in the second waveguide via the two partial waveguide as with a directional coupler. The degree of overcoupling in the second Waveguide is determined by the distance between the second Waveguide and the first sub-waveguide or the second sub-waveguide and the track, for all three waveguides are close to each other, the coupling length. The Bows of the Both partial waveguides finally bring such a distance between the two sub-waveguides and with respect to the second waveguide, that no further coupling takes place.

Es ist aber auch möglich, dass an den zweiten Wellenleiter, der nun einen definierten Leistungsanteil des Lichts aus dem ersten Wellenleiter führt, ein weiterer Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler angeschlossen wird, der wiederum diesen Leistungsanteil zu gleichen Teilen auf zwei weitere Teilwellenleiter aufteilt, zu denen wiederum ein dritter Wellenleiter symmetrisch, parallel und in unmittelbarer Nähe über eine definierte Strecke angeordnet wird, so dass wiederum eine definierte Teilleistung in den dritten Wellenleiter übergekoppelt wird.It but it is also possible that to the second waveguide, which now has a defined power component the light from the first waveguide leads to another multimode interference (MMI) power divider is connected, in turn, this power component divided equally to two further sub-waveguide, too which in turn has a third waveguide symmetrical, parallel and in the immediate vicinity of one defined route is arranged, so that in turn a defined Partial power is coupled into the third waveguide.

In einer anderen Ausführung wird an jeden der beiden Teilwellenleiter des ersten Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteilers jeweils ein weiterer Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler angeordnet die wiederum diesen Leistungsanteil jeweils zu gleichen Teilen auf jeweils zwei weitere Teilwellenleiter aufteilen, zu denen wiederum ein dritter bzw. vierter Wellenleiter jeweils symmetrisch, parallel und in unmittelbarer Nähe über eine definierte Strecke angeordnet wird, so dass wiederum eine definierte Teilleistung in den dritten bzw. vierten Wellenleiter übergekoppelt wird.In another version is applied to each of the two sub-waveguides of the first multimode interference (MMI) power divider in each case another multimode interference (MMI) power dividers arranged in turn this power share in each case in equal parts to two further sub-waveguides split, which in turn a third or fourth waveguide each symmetrical, parallel and in the immediate vicinity of one defined route is arranged, so that in turn a defined partial power is coupled into the third and fourth waveguide.

So lassen sich durch Kaskadierung von erfindungsgemäßen Kopplern beliebige Leistungsanteile aus der ankommenden Lichtwelle auskoppeln und für verschiedene Zwecke weiter verwenden.So By cascading couplers according to the invention, arbitrary power components can be obtained decouple the incoming light wave and continue for various purposes use.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist der zweite Wellenleiter ein Resonatorring, in den ein bestimmter Teil der Leistung aus dem ersten Wellenleiter eingekoppelt und nach Umlauf im Resonator wieder ausgekoppelt werden soll. Hierbei wird im ersten Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler die Leistung symmetrisch auf die beiden Teilwellenleiter aufgeteilt und in einem zweiten Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler wird die Leistung wieder zusammengeführt und in einem dritten Wellenleiter weitergeleitet. Zwischen den beiden Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteilern sind die beiden Teilwellenleiter über eine definierte Strecke, den symmetrisierten Koppelbereich, mit einem definierten Abstand parallel zueinander angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführung ist der Resonatorring in einer anderen Ebene als der symmetrisierte Koppelbereich derart angeordnet, dass die in den Ringresonator überzukoppelnde Leistung zu gleichen Teilen von den beiden Teilwellenleitern übergekoppelt wird.In another version In the invention, the second waveguide is a resonator ring, in FIG a certain part of the power from the first waveguide coupled in and decoupled after circulation in the resonator again should. Here, in the first multimode interference (MMI) power splitter the power is split symmetrically to the two subwaveguides and in a second multimode interference (MMI) power splitter the power is recombined and relayed in a third waveguide. Between the two multimode interference (MMI) power dividers, the two sub-waveguides are over one defined distance, the symmetrized coupling area, with a defined distance parallel to each other. In a preferred execution the resonator ring is in a different plane than the symmetrized one Coupling region arranged such that the überzukoppelnde in the ring resonator Power equally coupled by the two sub-waveguides becomes.

Eine symmetrische Überkopplung der Leistung wird durch entsprechende Dimensionierung der Länge des symmetrisierten Koppelbereichs, des definierten Abstands der beiden Teilwellenleiter und der Anordnung des Resonatorrings, in Lage und Abstand zum symmetrisierten Koppelbereich erreicht.A symmetrical overcoupling The performance is determined by appropriate dimensioning of the length of the symmetrized coupling region, the defined distance of the two Partial waveguide and the arrangement of the resonator ring, in position and Distance to the symmetrized coupling area reached.

Eine zweite Ausführung einer Ringresonatorstruktur, die auch als planare Struktur ausgeführt werden kann, werden die beiden Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler mit einem seitlichen Eingang verwendet, da in der Mitte der zweite Wellenleiter (Teil des Resonatorrings) angeordnet ist. Bei dieser Anordnung ist allerdings nur eine Kopplung von maximal 50 % in den mittleren Wellenleiter möglich. Bei Resonatorstrukturen werden in der Regel auch nur Koppler benötigt, die unter 50 % überkoppeln, so dass dies hier keinen Nachteil darstellt.A second embodiment a ring resonator structure, which are also designed as a planar structure can, be the two multimode interference (MMI) power dividers used with a side entrance, as in the middle of the second Waveguide (part of the resonator ring) is arranged. At this Arrangement, however, is only a coupling of a maximum of 50% in the middle waveguide possible. at Resonator structures are usually only required couplers, the Overcoupling below 50%, so this is not a disadvantage here.

Das grundlegende Prinzip des erfindungsgemäßen Kopplers besteht darin, dass stets eine symmetrische Überkopplung von den beiden Teilwellenleiter, die jeweils die gleiche Teilleistung führen, auf den zweiten Wellenleiter erfolgt. Da der zweite Wellenleiter symmetrisch zu den beiden Teilwellenleitern angeordnet ist, erfolgt auch die Überkopplung der Leistungen in den zweiten Wellenleiter symmetrisch. D. h. bei einer Abweichung des zweiten Wellenleiters von der Symmetrie zu den beiden Teilwellenleitern wird von dem näher gelegenen Teilwellenleiter mehr Leistung in den zweiten Wellenleiter eingekoppelt als aus dem weiter entfernt liegenden Teilwellenleiter. Somit ergibt sich aber stets in der Summe die gleiche Gesamtleistung, die in den zweiten Wellenleiter eingekoppelt wird.The basic principle of the coupler according to the invention is that always a symmetrical overcoupling from the two sub-waveguides, each having the same partial power to lead, takes place on the second waveguide. Because the second waveguide is arranged symmetrically to the two sub-waveguides takes place also the overcoupling the power in the second waveguide symmetrical. Ie. at a deviation of the second waveguide from the symmetry to the two sub-waveguides is from the closer sub-waveguide more power coupled into the second waveguide than from the further away partial waveguide. This results however always in the sum the same overall performance, in the second Waveguide is coupled.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention can be taken from the dependent claims.

Bei der Einhaltung bestimmter maximaler Abstände des zweiten Wellenleiters zu den beiden Teilwellenleitern wird der Grad der Kopplung über die Länge der Überlappung/Parallelführung des zweiten Wellenleiters mit den beiden Teilwellenleitern, die Länge des symmetrisierten Koppelbereichs bestimmt. Der Abstand spielt unter diesen Voraussetzungen keine bestimmende Rolle, so dass relativ große Toleranzen in den Abständen zwischen den Wellenleitern nur geringe Auswirkungen auf den Koppelgrad haben. Somit lassen sich relativ einfach planare Strukturen für Koppler mittels kostengünstiger Verfahren herstellen. Noch vorteilhafter ist die Herstellung von Kopplern, bei denen die Wellenleiter in vertikal unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, da bei der Ausrichtung der Schichten ebenfalls keine sehr engen Toleranzen einzuhalten sind. D. h. es kann auf aufwändige Technologien bei der Realisierung der Schichtstrukturen verzichtet werden, ohne große Abweichungen beim Koppelgrad hinnehmen zu müssen.In compliance with certain maximum distances of the second waveguide to the two sub-waveguides, the degree of coupling over the length of the overlap / parallel guidance of the second waveguide with the two sub-waveguides, the length of the symmetrized coupling region is determined. The distance does not play a decisive role under these conditions, so that relatively large tolerances in the distances between the waveguides have only a small effect on the degree of coupling. Thus, relatively simple planar structures for couplers can be produced by means of inexpensive methods. Even more advantageous is the production of couplers in which the waveguides are arranged in vertically different planes, as in the alignment of the layers also no very tight tolerances are to be observed. Ie. It can be dispensed with complex technologies in the realization of the layer structures without having to accept large deviations in the degree of coupling.

Da mit Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteilern eine einfache und herstellungstolerante symmetrische Aufteilung der Leistung auf zwei Teilwellenleiter möglich ist und für die Überkopplung von den beiden Teilwellenleitern in den zweiten Wellenleiter relativ große Toleranzen in den Abständen zulässig sind, bestehen günstige Herstellungsbedingungen für den symmetrischen Koppler.There with multimode interference (MMI) power dividers a simple and manufacturing tolerant symmetric power distribution two partial waveguides possible is and for the overcoupling from the two sub-waveguides in the second waveguide relative size Tolerances in the distances permissible are cheap Production conditions for the symmetrical coupler.

Mit dem erfindungsgemäßen Koppler lassen sich Leistungsteiler mit beliebigem Teilungsverhältnis, evtl. durch Kaskadierung von erfindungsgemäßen Kopplern realisieren.With the coupler according to the invention can be power dividers with any division ratio, possibly. realize by cascading of couplers according to the invention.

Da die beiden Wellenleiter in unterschiedlichen vertikalen Ebenen und auch unterschiedlichem Material angeordnet sein können, eignet sich der erfindungsgemäße Koppler auch für die teilweise oder vollständige Überkopplung der Lichtleistung zur Verbindung zweier optischer Wellenleiternetzwerke auf verschiedenen vertikalen Ebenen. So kann der Koppler auch als Verbindungsstück z. B. für eine vertikale Überkopplung zwischen einem SiO₂- und einem Polymer- Wellenleiter verwendet werden.Since the two waveguides can be arranged in different vertical planes and also different materials, the coupler according to the invention is also suitable for the partial or complete coupling of the light power for connecting two optical waveguide networks on different vertical planes. Thus, the coupler can also be used as a connector z. B. for a vertical overcoupling between a SiO ₂ - and a polymer waveguide can be used.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen stellen dar:The Invention will be explained below with reference to an embodiment. The associated Drawings show:

1: schematische Darstellung eines Kopplers als planare Struktur 1 : schematic representation of a coupler as a planar structure

2: schematische Darstellung einer Koppler-Kaskade (parallel) 2 : schematic representation of a coupler cascade (parallel)

3: schematische Darstellung einer Koppler-Kaskade (Reihe) 3 : schematic representation of a coupler cascade (series)

4: schematische Darstellung eines Ringresonators in verschiedenen Ebenen 4 : schematic representation of a ring resonator in different levels

5: schematische Darstellung eines Ringresonators als planare Struktur 5 : schematic representation of a ring resonator as a planar structure

6: schematische Darstellung eines Kopplers in verschiedenen Ebenen und verschiedenen Materialien 6 : schematic representation of a coupler in different planes and different materials

7: Darstellung der Abhängigkeit zwischen dem Abstand der Wellenleiter und dem Koppelgrad für planare Strukturen 7 : Representation of the dependence between the distance of the waveguides and the degree of coupling for planar structures

8: Darstellung der Abhängigkeit zwischen dem Abstand der Wellenleiter und dem Koppelgrad für vertikale Strukturen 8th : Representation of the dependence between the distance of the waveguides and the degree of coupling for vertical structures

In der 1 ist eine schematische Darstellung eines Kopplers als planare Struktur dargestellt. Bei dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Kopplers wird der erste Wellenleiter WG1 mittels eines ersten Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteilers 1 in zwei Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 aufgeteilt, wobei sich die in den ersten Wellenleiter WG1 eingestrahlte Leistung l₁ mit gleichen Leistungsanteilen l_1.1 = l_1.2 = l₁/2 auf beide Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 aufteilt. Diese beiden Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 werden über eine bestimmte Strecke L_K parallel geführt und mit einem derartigen Abstand f zueinander und gegenüber einem zweiten Wellenleiter WG2 mit jeweils mit dem Abstand g angeordnet, dass eine symmetrische Überkopplung der Teilleistungen l_1.1, l_1.2 von den beiden Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 auf den zweiten Wellenleiter WG2 erfolgt, wobei der Grad der Kopplung (Anteil der überkoppelnden Leistung) durch die Länge der Strecke L_K einstellbar ist. Die übergekoppelte Leistung l₂ über den Wellenleiterabstand g und die Länge von L_K gezielt einstellbar.In the 1 is a schematic representation of a coupler shown as a planar structure. In this embodiment of the coupler according to the invention, the first waveguide WG1 by means of a first multimode interference (MMI) -power divider 1 divided into two partial waveguides WG1.1, WG1.2, wherein the irradiated in the first waveguide WG1 power l ₁ with equal power fractions l = l _1.1 _1.2 l = _1/2 splits on both partial waveguides WG1.1, WG1.2. These two sub-waveguides WG1.1, WG1.2 are guided parallel over a certain distance L _K and arranged at such a distance f from each other and with respect to a second waveguide WG2, each with the distance g, that a symmetrical overcoupling of the partial powers l _1.1 , l _1.2 of the two sub-waveguides WG1.1, WG1.2 on the second waveguide WG2, wherein the degree of coupling (proportion of over-coupling power) by the length of the line L _{K is} adjustable. The over-coupled power l ₂ over the waveguide distance g and the length of L _K specifically adjustable.

Der Abstand g, des zweiten Wellenleiter WG2 gegenüber dem jeweiligen Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 sowie die Länge der Strecke L_K werden analog zur Dimensionierung eines üblichen Richtkopplers entsprechend der verwendeten Materialien ermittelt. Der Abstand f zwischen den beiden Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 ergibt sich somit aus 2·g plus Breite des zweiten Wellenleiters WG2.The distance g of the second waveguide WG2 relative to the respective sub-waveguide WG1.1, WG1.2 and the length of the line L _K are determined analogously to the dimensioning of a conventional directional coupler according to the materials used. The distance f between the two partial waveguides WG1.1, WG1.2 thus results from 2 · g plus the width of the second waveguide WG2.

In der 2 ist eine Anordnung von mehreren erfindungsgemäßen Kopplern dargestellt. Der erste Koppler besteht aus dem ersten Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 1, der die Eingangsleistung auf die zwei Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 zu gleichen Teilen aufteilt und ein bestimmter Teil a der Leistung in den zweiten Wellenleiter WG2 überkoppelt. Die Leistungsanteile der einzelnen Wellenleiter betragen nach dem ersten Koppler: l₂ = l₁·a und l_1.1 = l_1.2 = (l₁ – l₂)/2.In the 2 an arrangement of several couplers according to the invention is shown. The first coupler consists of the first multimode interference (MMI) power divider 1 , which divides the input power to the two sub-waveguides WG1.1, WG1.2 in equal parts and a certain part a of the power in the second waveguide WG2 overcouples. The power components of the individual waveguides after the first coupler are: l ₂ = l ₁ · a and l _1.1 = l _1.2 = (l ₁ - l ₂ ) / 2.

Die beiden Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 werden jeweils durch einen weiteren Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteilers 3, 4 wiederum in jeweils zwei Teilwellenleiter WG3.1, WG3.2, WG4.1, WG4.2 mit gleichen Leistungsanteilen aufgeteilt und jeweils ein weiterer Wellenleiter WG3, WG4 über eine Strecke L_K in unmittelbarer Nähe, jeweils mit einem Abstand g, parallel und symmetrisch zu jeweils zwei Teilwellenleitern WG3.1, WG3.2 bzw. WG4.1, WG4.2 angeordnet ist, so dass eine Überkopplung von den jeweiligen Teilwellenleitern WG3.1, WG3.2 bzw. WG4.1, WG4.2 auf den dritten bzw. vierten Wellenleiter WG3, WG4 erfolgt. Die Leistungsanteile der einzelnen Wellenleiter betragen nach dem dritten und vierten Koppler: l₃ = l_1.1·b und l_3.1 = l_3.2 = (l_1.1 – l₃)/2 und l₄ = l_1.2·C; und l_4.1 = l_4.2 = (l_1.2 – l₄)/2.The two sub-waveguides WG1.1, WG1.2 are each provided by a further multimode interference (MMI) power divider 3 . 4 in each case divided into two sub-waveguides WG3.1, WG3.2, WG4.1, WG4.2 with equal power components and in each case a further waveguide WG3, WG4 over a distance L _K in the immediate vicinity, each with a distance g, parallel and symmetrical is arranged to two sub-waveguides WG3.1, WG3.2 or WG4.1, WG4.2, so that a cross-coupling of the respective sub-waveguides WG3.1, WG3.2 or WG4.1, WG4.2 to the third or fourth waveguide WG3, WG4 takes place. The power components of the individual waveguides are after the third and fourth coupler: l ₃ = l _1.1 · b and l _3.1 = l _3.2 = (l _1.1 - l ₃ ) / 2 and l ₄ = 1 _1.2 · C; and l _4.1 = l _4.2 = (l _1.2 - l ₄ ) / 2.

In der 3 ist eine weitere mögliche Anordnung von mehreren erfindungsgemäßen Kopplern dargestellt. Hierbei sind die erfindungsgemäßen Koppler jeweils hintereinander angeordnet, wobei der jeweils folgende Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 3, 4 jeweils an den zweiten bzw. dritten Wellenleiter WG2, WG3 angeschlossen ist. Der zweite Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 3 ist an den zweiten Wellenleiter WG2, der den Leistungsanteil l₂ = l₁·a führt, angekoppelt. Der zweite Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 3 teilt diese Leistung wiederum in jeweils zwei Teilwellenleiter WG3.1, WG3.2, mit gleichen Leistungsanteilen, auf. Ein dritter Wellenleiter WG3 ist über eine Strecke L_K in unmittelbarer Nähe, jeweils mit einem Abstand g, parallel und symmetrisch zu den beiden Teilwellenleitern WG3.1, WG3.2 angeordnet ist, so dass eine symmetrische Überkopplung von den beiden Teilwellenleitern WG3.1, WG3.2 auf den dritten Wellenleiter WG3 erfolgt.In the 3 another possible arrangement of several couplers according to the invention is shown. In this case, the couplers according to the invention are each arranged one behind the other, the respective following multimode interference (MMI) power divider 3 . 4 each connected to the second and third waveguide WG2, WG3. The second multimode interference (MMI) power splitter 3 is coupled to the second waveguide WG2, which carries the power component l ₂ = l ₁ · a. The second multimode interference (MMI) power splitter 3 in turn divides this power into two sub-waveguides WG3.1, WG3.2, with the same power shares. A third waveguide WG3 is arranged in the immediate vicinity over a distance L _K, in each case at a distance g, parallel and symmetrical to the two sub-waveguides WG3.1, WG3.2, so that a symmetrical overcoupling of the two sub-waveguides WG3.1, WG3.2 on the third waveguide WG3 is done.

Ein dritter Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 4 ist an den dritten Wellenleiter WG3, der den Leistungsanteil l₃ = l₂·b = l₁·a·b führt, angekoppelt. Der dritte Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 4 teilt diese Leistung wiederum in jeweils zwei Teilwellenleiter WG4.1, WG4.2, mit gleichen Leistungsanteilen, auf. Ein vierter Wellenleiter WG4 ist über eine Strecke L_K in unmittelbarer Nähe, jeweils mit einem Abstand g, parallel und symmetrisch zu den beiden Teilwellenleitern WG4.1, WG4.2 angeordnet ist, so dass eine symmetrische Überkopplung von den beiden Teilwellenleitern WG4.1, WG4.2 auf den vierten Wellenleiter WG4 erfolgt.A third multimode interference (MMI) power splitter 4 is coupled to the third waveguide WG3, which carries the power component l ₃ = l ₂ · b = l ₁ · a · b. The third multimode interference (MMI) power splitter 4 in turn divides this power into two sub-waveguides WG4.1, WG4.2, with the same power shares. A fourth waveguide WG4 is arranged in the immediate vicinity over a distance L _K, in each case at a distance g, parallel and symmetrical to the two partial waveguides WG4.1, WG4.2, so that a symmetrical overcoupling of the two partial waveguides WG4.1, WG4.2 takes place on the fourth waveguide WG4.

Die Leistungsanteile der einzelnen Wellenleiter betragen nach dem zweiten, dritten und vierten Koppler: l₂ = l₁·a, und l_1.1 = l_1.2 = (l₁ – l₂)/2; l₃ = l₂·b und l_3.1 = l_3.2 = l₂/2 und l₄ = l₃·c; und l_4.1 = l_4.2 = l₃/2.The power components of the individual waveguides after the second, third and fourth couplers are: l ₂ = l ₁ · a, and l _1.1 = l _1.2 = (l ₁ -l ₂ ) / 2; l ₃ = l ₂ · l b and l = _3.1 _3.2 = ₂ l / 2 and l ₄ = l ₃ · c; and l = l _4.1 _4.2 = l _3/2.

Somit lassen sich durch serielle und/oder parallele Kaskadierung von erfindungsgemäßen Kopplern beliebige Leistungsanteile aus einer Eingangsleistung l₁ auskoppeln.Thus, by serial and / or parallel cascading of couplers according to the invention, any power components can be decoupled from an input power I ₁ .

In der 4 ist eine schematische Darstellung eines möglichen Ringresonators in dargestellt, bei dem der zweite Wellenleiter WG2 eines erfindungsgemäßen Kopplers als Resonatorring ausgebildet ist, in den ein bestimmter Teil der Leistung aus dem ersten Wellenleiter WG1 eingekoppelt und nach Umlauf im Resonator wieder ausgekoppelt werden soll. Bei diesem Beispiel ist der der zweite Wellenleiter WG2, der Resonatorring, in einer ersten Ebene angeordnet. In einer zweiten Ebene sind der erste Wellenleiter WG1, die beiden Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 1, 2, die die Leistung l₁ in zwei Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 mit gleicher Leistung, aufteilen und wieder zusammenführen und der dritte Wellenleiter WG1.3, mit dem die Leistung l_1.3 wieder weitergeführt wird, angeordnet. Die Strecke zwischen den beiden Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteilern 1, 2, über die die beiden Teilwellenleiter WG1.1 und WG1.2 parallel mit dem definierten Abstand f geführt werden, ist länger als der symmetrisierte Koppelbereich L_K, der der Strecke entspricht die der Ringresonators über bzw. unter den beiden Teilwellenleitern angeordnet ist, d. h. der Bereich in dem sich die beiden Teilwellenleiter WG1.1 und WG1.2 und der zweite Wellenleiter WG2, hier der entsprechende Ringabschnitt des Resonatorrings, überlappen. Da bei dieser Ausführung der Resonatorring einen relativ geringen Durchmesser aufweist, ist eine Parallelführung des zweiten Wellenleiters WG2 (Resonatorring) mit den beiden Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 nicht möglich. Damit aber eine ungefähr symmetrische Kopplung der Leistung l₂ = l₁·a von den beiden Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 in den Resonatorring WG2 erfolgt, sind die geometrischen Abmessungen entsprechend zu dimensionieren. Der Abstand g des Resonatorrings WG2 von den beiden Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 wird bestimmt durch den vertikalen Abstand der beiden unterschiedlichen Ebenen. Die Länge L_K des symmetrisierten Koppelbereichs sowie der Abstand f der beiden Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 sowie die Lage des Resonatorrings über dem symmetrisierten Koppelbereich ist in Abhängigkeit vom Radius des Resonatorrings sowie dem einzustellenden Kopppelgrad so zu bestimmen, dass die Überkopplung gegenüber einer Änderung von g ein Minimum aufweist. Dazu werden übliche numerische Rechenprogramme genutzt.In the 4 is a schematic representation of a possible ring resonator shown in, in which the second waveguide WG2 of a coupler according to the invention is designed as a resonator ring, in which a certain part of the power from the first waveguide WG1 is coupled and decoupled after circulation in the resonator again. In this example, the second waveguide WG2, the resonator ring, is arranged in a first plane. In a second level, the first waveguide WG1, the two multimode interference (MMI) power dividers 1 . 2 , the power l ₁ in two sub-waveguide WG1.1, WG1.2 with the same power, split and merge again and the third waveguide WG1.3, with the power l _1.3 is continued again arranged. The distance between the two multimode interference (MMI) power dividers 1 . 2 , over which the two partial waveguides WG1.1 and WG1.2 are guided parallel to the defined distance f, is longer than the symmetrized coupling region L _K , which corresponds to the distance that the ring resonator is arranged above or below the two partial waveguides, ie Area in which the two sub-waveguides WG1.1 and WG1.2 and the second waveguide WG2, here the corresponding ring portion of the resonator, overlap. Since in this embodiment the resonator ring has a relatively small diameter, a parallel guidance of the second waveguide WG2 (resonator ring) with the two partial waveguides WG1.1, WG1.2 is not possible. However, so that an approximately symmetrical coupling of the power l ₂ = l ₁ · a of the two sub-waveguides WG1.1, WG1.2 in the resonator ring WG2, the geometric dimensions are to be dimensioned accordingly. The distance g of the resonator ring WG2 from the two partial waveguides WG1.1, WG1.2 is determined by the vertical distance of the two different planes. The length L _{K of} the symmetrized coupling region as well as the distance f of the two partial waveguides WG1.1, WG1.2 and the position of the resonator ring over the symmetrized coupling region is to be determined in dependence on the radius of the resonator ring as well as the degree of coupling to be set such that the overcoupling with respect to a Change of g has a minimum. For this purpose, usual numerical calculation programs are used.

In der 5 ist eine andere mögliche Ringresonatorstruktur dargestellt, bei der der zweite Wellenleiter WG2 ein ovaler Resonatorring ist, der zwei parallele Geraden aufweist. Dadurch ist es wieder möglich, dass der zweite Wellenleiter WG2 mit der einen Geraden über die Strecke L_K parallel und im Abstand g zu den beiden Teilwellenleiter WG1.1 und WG1.2 geführt werden kann, so dass eine symmetrische Überkopplung der Leistung in den zweiten Wellenleiter WG2 erfolgt. Da bei diesem Bespiel die eine Gerade des ovalen Resonatorrings WG2 zwischen den beiden Teilwellenleitern WG1.1 und WG1.2 geführt wird, müssen die beiden verwendeten Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteilern 1, 2 seitliche Eingänge aufweisen. Bei dieser Anordnung ist allerdings nur eine Kopplung von maximal 50 % in den zweiten Wellenleiter WG2 möglich. Bei Resonatorstrukturen werden in der Regel allerdings nur Koppler benötigt, die unter 50 % überkoppeln, so dass dies hier keinen Nachteil darstellt. Diese Ringresonatorstruktur kann als planare Kopplerstruktur ausgeführt werden.In the 5 another possible ring resonator structure is shown in which the second waveguide WG2 is an oval resonator ring having two parallel lines. As a result, it is again possible for the second waveguide WG2 to be guided in parallel with the one straight line over the distance L _K and at a distance g from the two partial waveguides WG1.1 and WG1.2, so that a symmetrical overcoupling of the power into the second Waveguide WG2 takes place. Since in this example one straight line of the oval resonator ring WG2 is routed between the two partial waveguides WG1.1 and WG1.2, the two multimode interference (MMI) power dividers used must be used 1 . 2 have lateral inputs. In this arrangement, however, only a maximum coupling of 50% in the second waveguide WG2 is possible. In resonator structures, however, usually only couplers are required, which over-couple under 50%, so that this is not a disadvantage. This ring resonator structure can be designed as a planar coupler structure.

In der 6 ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Kopplers aufgezeigt. Es handelt sich um ein Verbindungsstück (Connector) z. B. zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei optischen Wellenleiternetzwerken die auf verschiedenen Materialien basieren. Bei dem gewählten Beispiel ist der erste Wellenleiter WG1 sowie der Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 1 und die beiden Teilwellenleitern WG1.1 und WG1.2 in einem Polymer ausgeführt und in einer ersten Ebene angeordnet, während der zweiten Wellenleiter WG2 auf SiO₂ ausgeführt und in einer zweiten Ebene angeordnet ist. Somit ist es möglich, dass die Eingangsleistung l₁ aus einem ersten optischen Wellenleiternetzwerk über den ersten Wellenleiter WG1 den Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 1 symmetrisch auf die beiden Teilwellenleitern WG1.1 und WG1.2 aufgeteilt wird. Durch entsprechende Dimensionierung der Strecke L_K wird die gesamte oder auch Teile der Eingangsleistung l₁ in den zweiten Wellenleiter WG2, der in der anderen Ebene angeordnet ist übergekoppelt, die somit als Ausgangsleistung l₂ = l₁·a in dem zweiten optischen Wellenleiternetzwerk weitergeleitet wird.In the 6 is another application possibility of the coupler according to the invention shown. It is a connector (connector) z. Example, to establish a connection between two optical waveguide networks based on different materials. In the example chosen, the first waveguide WG1 is the multimode interference (MMI) power divider 1 and the two sub-waveguides WG1.1 and WG1.2 are implemented in a polymer and arranged in a first plane, while the second waveguide WG2 is embodied on SiO ₂ and arranged in a second plane. Thus, it is possible that the input power l ₁ from a first optical waveguide network via the first waveguide WG1 the multi-mode interference (MMI) power divider 1 is split symmetrically to the two sub-waveguides WG1.1 and WG1.2. By appropriate dimensioning of the path L _K , all or part of the input power I ₁ is coupled into the second waveguide WG 2, which is arranged in the other plane, which is thus forwarded as the output power I ₂ = I ₁ * a in the second optical waveguide network ,

In 7 sind für einen typischen Rippenwellenleiter von quaternärem Material auf InP die Abhängigkeiten zwischen Überkopplung und Abweichung Δg zwischen den Wellenleitern WG1, WG2 dargestellt. Die Werte wurden mittels numerischer Simulation ermittelt. Die Dimensionierung ist so erfolgt, dass eine Leistung von 0,1·l₁ in den zweiten Wellenleiter WG2 eingekoppelt werden soll. Hierbei ist l₁ die Eingangsleistung des ersten Wellenleiters WG1. Es ist die Änderung der Überkopplung bei einer Verschiebung des zweiten Wellenleiters WG2 in x-Richtung um Δg gegenüber dem ersten Wellenleiter WG1 berechnet worden.In 7 For a typical ridge waveguide of quaternary material on InP, the dependencies between coupling and deviation Δg between waveguides WG1, WG2 are shown. The values were determined by numerical simulation. The dimensioning is done so that a power of 0.1 · l _{1 is} to be coupled into the second waveguide WG2. Here, l _{1 is} the input power of the first waveguide WG1. The change in the overcoupling upon displacement of the second waveguide WG2 in the x-direction by Δg with respect to the first waveguide WG1 has been calculated.

Die Kurve 1 (gestrichelt) ist für einen einfachen Richtkoppler aus zwei parallelen Wellenleitern mit einem Wellenleiterabstand g berechnet, der über eine feste Länge L_K einen Leistungsanteil von 0,1·l₁ überkoppelt. Um eine Überkoppeltoleranz von nicht mehr als 1 dB zu gewährleisten muss der Abstand der Wellenleiter auf 5 % genau eingehalten werden. Bei den üblichen Abständen der Rippenwellenleiter von ca. 2 μm für Halbleitermaterial bedeutet dies eine Toleranz von 0,1 μm.The curve 1 (dashed line) is calculated for a simple directional coupler consisting of two parallel waveguides with a waveguide distance g, which couples over a fixed length L _K a power component of 0.1 · l ₁ . In order to ensure a coupling tolerance of not more than 1 dB, the distance between the waveguides must be kept to 5%. At the usual distances of the rib waveguide of about 2 microns for semiconductor material, this means a tolerance of 0.1 microns.

Die Kurve 2 (durchgezogen) ist für einen erfindungsgemäßen Koppler entsprechend 1 mit den gleichen Parametern ermittelt worden. Der erste Wellenleiter WG1 wird über einen Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler 1 in zwei parallele Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 aufgeteilt, die jeweils die halbe Leistung l_1.1 = l_1.2 = l₁/2 des ersten Wellenleiters WG1 führen. Zu diesen beiden Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 ist ein zweiter Wellenleiter WG2 jeweils mit einem Abstand g und über die Länge L_K, die den symmetrisierten Koppelbereich darstellt, parallel angeordnet. Für die über die Strecke L_K in den zweiten Wellenleiter WG2 eingekoppelte Leistung l₂ weist die berechnete Kurve 2 für Abweichungen des zweiten Welleleiters WG2 vom Mittenabstand eine wesentlich flachere Kurve auf. Daraus ergibt sich, dass Abweichungen des zweiten Wellenleiters WG2 vom Mittenabstand zwischen den Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 bei weitem nicht so große Abweichungen im Koppelgrad bewirken. Für eine Änderung um 1 dB in der Überkopplung, kann die Position des zweiten Wellenleiters um ± 18 % vom Mittenabstand variiert werden. D. h. der erfindungsgemäße Koppler ist 3,5-mal toleranter bezüglich Abweichungen Δg des zweiten Wellenleiters WG2 gegenüber den jeweiligen Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2.The curve 2 (solid) is corresponding to a coupler according to the invention 1 determined with the same parameters. The first waveguide WG1 is powered by a multimode interference (MMI) power divider 1 divided into two parallel partial waveguide WG1.1, WG1.2, each carrying half the power _1.1 l = l = _1.2 I _1/2 of the first waveguide WG1. For these two partial waveguides WG1.1, WG1.2, a second waveguide WG2 is arranged in each case parallel with a distance g and over the length L _K , which represents the symmetrized coupling region. For the power l ₂ coupled into the second waveguide WG ₂ via the path L _K , the calculated curve 2 has a substantially flatter curve for deviations of the second waveguide WG 2 from the center distance. It follows that deviations of the second waveguide WG2 from the center distance between the partial waveguides WG1.1, WG1.2 cause by far not so great deviations in the degree of coupling. For a 1 dB change in the cross talk, the position of the second waveguide can be varied by ± 18% of the center distance. Ie. the coupler according to the invention is 3.5 times more tolerant with respect to deviations Δg of the second waveguide WG2 relative to the respective sub-waveguides WG1.1, WG1.2.

Außerdem zeigt der erfindungsgemäße Koppler ein Minimum der Kopplung bei 0,1·l₁, was für manche Anwendungen von Vorteil sein kann.In addition, the coupler according to the invention shows a minimum of coupling at 0.1 · l ₁ , which may be advantageous for some applications.

Durch die wesentlich größeren Toleranzen können weniger komplizierte Technologien für die Herstellung verwendet werden.By the much larger tolerances can be less complicated technologies for the production can be used.

In der 8 sind die Abhängigkeiten zwischen Überkopplung und Abstand g zwischen den Wellenleitern WG1, WG2, die in verschiedenen Ebenen – analog zu einem Connector gemäß 6 – angeordnet sind, dargestellt. Die Werte wurden mittels numerischer Simulation ermittelt.In the 8th are the dependencies between coupling and distance g between the waveguides WG1, WG2, in different levels - analogous to a connector according to 6 - are arranged, shown. The values were determined by numerical simulation.

Die Dimensionierung erfolgte ebenso, dass eine Leistung von 0,1·l₁ in den zweiten Wellenleiter WG2 eingekoppelt werden soll. Hierbei ist l₁ die Eingangsleistung des ersten Wellenleiters WG1. Es ist die Änderung der Überkopplung bei einer Verschiebung des zweiten Wellenleiters WG2 in der unteren Ebene in x-Richtung um Δg gegenüber dem ersten Wellenleiter WG1 in der oberen Ebene berechnet worden. Das berechnete Beispiel bezieht sich auf quadratische Polymerwellenleiter mit der Kantenlänge w = 6μm, einem vertikalen Abstand der beiden Wellenleiter WG1 und WG2 von h = 6μm, sowie den Brechzahlen n(Kern) = 1,503 und n(Mantel) = 1,5.The dimensioning was also carried out so that a power of 0.1 · l _{1 is} to be coupled into the second waveguide WG2. Here, l _{1 is} the input power of the first waveguide WG1. The change of the cross-over in displacement of the second waveguide WG2 in the lower plane in the x-direction by Δg with respect to the first waveguide WG1 in the upper plane has been calculated. The calculated example relates to square polymer waveguides with the edge length w = 6 μm, a vertical distance between the two waveguides WG1 and WG2 of h = 6 μm, and the refractive indices n (core) = 1.503 and n (sheath) = 1.5.

Die 8a zeigt den Querschnitt eines Richtkopplers bestehend aus zwei parallelen Wellenleitern WG1, WG2 mit einem vertikalen Wellenleiterabstand von h = 6μm, der über eine feste Länge L_K einen Leistungsanteil von 0,1·l₁ überkoppelt. Die beiden Wellenleiter WG1 und WG2 sind direkt übereinander, in x-Richtung an der gleichen Position angeordnet.The 8a shows the cross section of a directional coupler consisting of two parallel waveguides WG1, WG2 with a vertical waveguide distance of h = 6 .mu.m, the over-coupled over a fixed length L _K a power content of 0.1 · l ₁ . The two waveguides WG1 and WG2 are arranged directly above one another in the x-direction at the same position.

Die 8b zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kopplers, bei dem der erste Wellenleiter WG1 über einen Multimoden-Interferenz (MMI)-Leistungsteiler in zwei parallele Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 aufgeteilt, die jeweils die halbe Leistung l_1.1 = l_1.2 = l₁/2 des ersten Wellenleiters WG1 führen. Die beiden Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 haben in x-Richtung einen Abstand von f = 12 μm zueinander und sind in der oberen Ebene angeordnet. Zu diesen beiden Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 ist der zweite Wellenleiter WG2 in einer darunter liegenden Ebene über die Länge L_K parallel angeordnet. Der vertikale Abstand zum ersten Wellenleiter in der darüber liegenden Ebene beträgt ebenfalls h = 6 μm, wobei der zweite Wellenleiter WG2 in x-Richtung mittig unter den beiden Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 angeordnet istThe 8b shows the cross section of a coupler according to the invention, in which the first waveguide WG1 via a multimode interference (MMI) power divider divided into two parallel sub-waveguides WG1.1, WG1.2, each half the power l _1.1 = l _1.2 = l ₁ / 2 of the first waveguide WG1 to lead. The two partial waveguides WG1.1, WG1.2 have a spacing of f = 12 μm in the x-direction and are arranged in the upper plane. For these two partial waveguides WG1.1, WG1.2, the second waveguide WG2 is arranged parallel in an underlying plane over the length L _K. The vertical distance to the first waveguide in the overlying plane is likewise h = 6 μm, wherein the second waveguide WG2 is arranged in the x-direction in the middle under the two partial waveguides WG1.1, WG1.2

In der 8c ist die Änderung der Überkopplung bei einer Verschiebung des zweiten Wellenleiters WG2 in x-Richtung um Δg gegenüber dem ersten Wellenleiter WG1 bzw. den beiden Teilwellenleiter WG1.1, WG1.2 dargestellt. Die Kurve 1 (gestrichelt) ist für einen einfachen Richtkoppler, wie er in 8a dargestellt ist berechnet worden. Um eine Überkoppeltoleranz von nicht mehr als 1dB zu gewährleisten darf die Abweichung Δg in x-Richtung der Wellenleiter nicht mehr als ± 5,5 μm betragen.In the 8c is the change of the coupling in a displacement of the second waveguide WG2 in the x direction by .DELTA.g relative to the first waveguide WG1 and the two partial waveguides WG1.1, WG1.2 shown. The curve 1 (dashed line) is for a simple directional coupler as shown in FIG 8a has been calculated. In order to ensure a coupling tolerance of not more than 1 dB, the deviation Δg in the x direction of the waveguides must not exceed ± 5.5 μm.

Die Kurve 2 (durchgezogen) ist für einen erfindungsgemäßen Koppler mit den gleichen Parametern, wie er in 8b dargestellt ist, ermittelt worden. Für die über die Strecke L_K in den zweiten Wellenleiter WG2 eingekoppelte Leistung l₂ weist die berechnete Kurve 2 für Abweichungen Δg des zweiten Welleleiters WG2 vom Mittenabstand eine Kurve auf, die zwei Maxima und einen flacheren Verlauf hat. Daraus ergibt sich, dass Abweichungen Δg des zweiten Wellenleiters WG2 vom Mittenabstand zwischen den Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2 bei weitem nicht so große Abweichungen im Koppelgrad bewirken. Für eine Änderung um 1 dB in der Überkopplung, kann die Position des zweiten Wellenleiters um ± 14 μm vom Mittenabstand variiert werden. D. h. der erfindungsgemäße Koppler ist 2,5-mal toleranter bezüglich Abweichungen Δg des zweiten Wellenleiters WG2 gegenüber den jeweiligen Teilwellenleitern WG1.1, WG1.2.The curve 2 (solid) is for a coupler according to the invention with the same parameters as in 8b has been determined. For the power l ₂ coupled into the second waveguide WG ₂ via the path L _K , the calculated curve 2 for deviations Δg of the second waveguide WG 2 from the center distance has a curve which has two maxima and a flatter course. It follows that deviations .DELTA.g of the second waveguide WG2 from the center distance between the sub-waveguides WG1.1, WG1.2 cause by far not so great deviations in the degree of coupling. For a 1 dB change in the crossover, the position of the second waveguide can be varied by ± 14 μm from the center distance. Ie. the coupler according to the invention is 2.5 times more tolerant with respect to deviations Δg of the second waveguide WG2 with respect to the respective sub-waveguides WG1.1, WG1.2.

Claims

Optical coupler for coupling arbitrarily adjustable power components of a first waveguide in a second waveguide, characterized in that the first waveguide (WG1) by means of a first multimode interference (MMI) power divider ( 1 ) is divided into two partial waveguides (WG1.1, WG1.2) with equal power components, wherein both partial waveguides (WG1.1, WG1.2) over a certain distance with a defined distance (f) are arranged parallel to each other and the second waveguide (WG2) via one the distance (L _K ), the symmetrized coupling region, each with a distance (g), parallel and symmetrical to these two sub-waveguides (WG1.1, WG1.2) is arranged, that a symmetrical coupling of the two Part waveguides (WG1.1, WG1.2) on the second waveguide (WG2) is carried out, wherein the degree of coupling (proportion of the over-coupling power) by the length of the distance (L _K ) is adjustable.

Optical coupler for coupling and coupling arbitrarily adjustable power components from one waveguide to another waveguide, characterized in that the first waveguide (WG1) is connected by means of a first multimode interference (MMI) power divider ( 1 ) is divided into two partial waveguides (WG1.1, WG1.2) with equal power components, wherein both partial waveguides (WG1.1, WG1.2) over a defined distance (L _K ), the symmetrized coupling region, with a defined distance (f ) are arranged parallel to one another and at the end of the path (L _K ) a second multimode interference (MMI) power divider ( 2 ) is arranged in which the two partial waveguides (WG1.1, WG1.2) are again combined to form a waveguide (WG1.3), wherein the second waveguide (WG2), which is formed as a resonator, over a defined distance (L _K ), the symmetrized coupling region in the immediate vicinity of such two sub-waveguides (WG1.1, WG1.2) is arranged, that a symmetrical overcoupling of power components of the two sub-waveguides (WG1.1, WG1.2) on the second waveguide (WG2 ) and after circulation in the resonator ring takes place symmetrically on the two partial waveguides (WG1.1, WG1.2), wherein the degree of coupling (proportion of over-coupling power) by the length of the distance (L _K ) is adjustable.

Optical coupler according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the first waveguide (WG1) and the two Part waveguide (WG1.1, WG1.2) in a first level and the second Waveguide (WG2) in a second, vertically above or below lying, level are arranged.

Optical coupler according to claim 1 and 3, characterized characterized in that the first waveguide (WG1) and the two Partial waveguide (WG1.1, WG1.2) and the second waveguide (WG2) arranged in different materials.

Optical coupler according to claim 1, characterized that the first waveguide (WG1), the two partial waveguides (WG1.1, WG1.2) as well as the second waveguide (WG2) as planar structures in the same level are.

Optical coupler according to claim 1, characterized in that the two partial waveguides (WG1.1, WG1.2) are guided apart by the distance (L _K ), so that no further coupling to the second waveguide (WG2) takes place.

Optical coupler according to claims 1 and 3 to 6, characterized in that the second waveguide (WG2) by means of another multimode interference (MMI) power divider ( 3 ) is in turn divided into two partial waveguides (WG2.1, WG2.2) with equal power components and a third waveguide (WG3) over a distance (L _K ) in the immediate vicinity, each with a distance (g), parallel and symmetrical to these Both sub-waveguides (WG2.1, WG2.2) is performed, that a coupling of the two sub-waveguides (WG2.1, WG2.2) takes place on the third waveguide (WG3).

Optical coupler according to Claims 1 and 3 to 6, characterized in that the two partial waveguides (WG1.1, WG1.2) are each replaced by a further multimode interference (MMI) power divider ( 3 . 4 ) is in turn divided into two partial waveguides (WG3.1, WG3.2, WG4.1, WG4.2) with equal power components and in each case a further waveguide (WG3, WG4) over a distance (L _K ) in the immediate vicinity, each with a distance (g), parallel and symmetrical to two sub-waveguides (WG3.1, WG3.2, WG4.1, WG4.2) is performed that a cross-coupling of the respective sub-waveguides (WG3.1, WG3.2, WG4 .1, WG4.2) takes place on the third or fourth waveguide (WG3, WG4).

Optical coupler according to claims 1 and 3 to 8, characterized in that by cascading multimode interference (MMI) power dividers ( 1 . 3 . 4 ) and coupling of power components to each with a distance (g), parallel and symmetrical to the partial waveguides (WG1.1, WG1.2, WG2.1, WG2.2, WG3.1, WG3.2) guided waveguides (WG2, WG3, WG4) any power components can be coupled out.